配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的探究

張偉

（四川省電力公司眉山公司東坡供電局，四川 眉山620010）

1.配電網(wǎng)的合理規(guī)劃

配電自動化的基本原理是將環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)運行的配電網(wǎng)線路通過分段開關(guān)把供電線路分割成各個供電區(qū)域。當(dāng)某區(qū)域發(fā)生故障時，及時將分割該區(qū)域的開關(guān)跳開，隔離故障區(qū)域；隨后，將因線路發(fā)生故障而失電的非故障區(qū)域迅速恢復(fù)供電，從而避免了因線路出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整條線路連續(xù)失電，大大減少了停電范圍，提高了供電可靠性。因此，配電自動化對配電網(wǎng)規(guī)劃提出了以下幾點基本要求：

(1)供電線路要連接成環(huán)網(wǎng)，且至少具備雙電源，對供電密集區(qū)甚至要考慮構(gòu)成多電源供電系統(tǒng)。

(2)干線分段。避免線路某處出現(xiàn)故障導(dǎo)致整條線路都連續(xù)失電，即通過分段開關(guān)的倒閘，將非故障區(qū)域負(fù)荷轉(zhuǎn)移。分段原則是:根據(jù)具體情況，或按負(fù)荷相等,或按線長相等，或按用戶數(shù)量均等原則；且應(yīng)考慮投資效益，一般線長在3km以內(nèi)的宜分3段，線路更長時，分段不超過5段。

(3)分段開關(guān)使用負(fù)荷開關(guān)，不使用斷路器，這將節(jié)省部分一次設(shè)備的投資。線路發(fā)生故障后，分段開關(guān)的作用是隔離故障區(qū)域，而不是切除故障電流。當(dāng)故障發(fā)生后，變電站內(nèi)10kV出口斷路器分開，切除故障電流,此后，劃分故障區(qū)域的分段開關(guān)才跳開隔離故障，此時，故障電流已經(jīng)切除。

(4)分段開關(guān)不使用負(fù)荷開關(guān)，使用斷路器。目前，我國開關(guān)生產(chǎn)廠家已經(jīng)生產(chǎn)出作為分、合負(fù)荷電流,過載電流及短路電流用的10kV戶外真空斷路器。這種設(shè)備能同計算機的遙控技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備連接，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控操作、數(shù)據(jù)信息等功能。

2.配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用現(xiàn)狀

配電自動化是指利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制、計量和供電部門的工作管理有機地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負(fù)責(zé)的關(guān)系，以合理的價格滿足用戶要求的多樣性，力求供電經(jīng)濟性最好，企業(yè)管理更為有效。配電自動化是一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含電力企業(yè)中與配電系統(tǒng)有關(guān)的全部功能數(shù)據(jù)流和控制。從保證對用戶的供電質(zhì)量，提高服務(wù)水平，減少運行費用的觀點來看，配電自動化是一個統(tǒng)一的整體。目前實現(xiàn)配電自動化大體有以下幾種方式：

(1)在10kV輻射線路或樹狀線路采用重合器、分段器方式。由于不需配置通道和主站系統(tǒng)，依靠重合器和分段器自身的功能進(jìn)行線路故障時的故障隔離和恢復(fù)供電，因而實施比較容易，投資較節(jié)省。

(2)在10kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用重合器,配合環(huán)網(wǎng)柜實現(xiàn)配電自動化。

(3)在10 kV環(huán)形電纜配電網(wǎng)絡(luò)中采用環(huán)網(wǎng)柜加裝FTU并設(shè)置配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，環(huán)網(wǎng)柜可以是戶外的，亦可以是戶內(nèi)式。

(4)我國城市大多數(shù)是由沿城市街道敷設(shè)的架空絕緣導(dǎo)線構(gòu)成10kV配電網(wǎng)絡(luò)。針對這種配電網(wǎng)絡(luò)，目前采用的配電自動化方式是首先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造，形成多個環(huán)網(wǎng)或“手拉手”線路，使每一用戶有2個供電源。

以上幾種應(yīng)用方式雖在各地得到一些應(yīng)用，其應(yīng)用效果不是很理想，由于各地經(jīng)濟條件、社會需求及技術(shù)發(fā)展的差異，需要優(yōu)化改進(jìn)的地方很多。

3 配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用原則

3.1.適應(yīng)性原則

(1)適應(yīng)城鄉(xiāng)經(jīng)濟條件的原則。由于我國農(nóng)村經(jīng)濟相對落后，因而不能照搬發(fā)達(dá)國家的配電網(wǎng)自動化模式，應(yīng)該立足國情，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H條件以解決配電網(wǎng)的實際問題和符合供電可靠性及用戶的要求為目的，將有限的資金有效地投入配網(wǎng)自動化中去。

(2)適應(yīng)配電網(wǎng)發(fā)展的原則。隨著“網(wǎng)改”的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)無論在線路長度和設(shè)備容量上也在不斷增長，配電網(wǎng)自動化應(yīng)該能適應(yīng)發(fā)展了的配電網(wǎng)，反過來，發(fā)展的配電網(wǎng)，更需要實現(xiàn)自動化。

(3)適應(yīng)定時限保護的原則。定時限保護方式采用電流階梯和時間階梯重合，可使上下級保護配合方便、協(xié)調(diào)。而反時限保護由于設(shè)備產(chǎn)品的實際保護特性有差異、使上下級保護的配合不協(xié)調(diào)。

3.2.逐步完善的原則配電網(wǎng)自動化是一項綜合性系統(tǒng)工作，最基本的條件是應(yīng)具有較為完善的多路電源的配電網(wǎng)點，涉及到城市建設(shè)，配電網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)備選擇等一系列繁雜工程，內(nèi)容豐富，技術(shù)性強。對于配網(wǎng)自動化的發(fā)展應(yīng)實行分期、分階段進(jìn)行。第一階段為初級階段，即變電站出線以自動重合閘作保護，線路上裝多組自動配電開關(guān)，建立電壓控制系統(tǒng)。第二階段在第一階段的基礎(chǔ)上，增設(shè)通信及控制設(shè)備，各分支線自動配電開關(guān)由供電所實現(xiàn)控制，對負(fù)荷進(jìn)行調(diào)配。第三階段增加各供電所與配電管理中心的通信，將各點信號傳送到配電管理中心，實現(xiàn)微機控制及信息的自動處理，達(dá)到完善的配電自動化。

3.3.逐步完善的原則

配電網(wǎng)自動化是一項綜合性系統(tǒng)工作，最基本的條件是應(yīng)具有較為完善的多路電源的配電網(wǎng)點，涉及到城市建設(shè)，配電網(wǎng)規(guī)劃，設(shè)備選擇等一系列繁雜工程，內(nèi)容豐富，技術(shù)性強。對于配網(wǎng)自動化的發(fā)展應(yīng)實行分期、分階段進(jìn)行。第一階段為初級階段,即變電站出線以自動重合閘作保護，線路上裝多組自動配電開關(guān)，建立電壓控制系統(tǒng)。第二階段在第一階段的基礎(chǔ)上，增設(shè)通信及控制設(shè)備，各分支線自動配電開關(guān)由供電所實現(xiàn)控制，對負(fù)荷進(jìn)行調(diào)配。第三階段增加各供電所與配電管理中心的通信，將各點信號傳送到配電管理中心，實現(xiàn)微機控制及信息的自動處理，達(dá)到完善的配電自動化。

3.3.采用電流控制式的原則

由于重合斷路器經(jīng)常有合分操作以及瞬時性故障時自動重合，使得配電開關(guān)頻繁動作，導(dǎo)致設(shè)備可靠性降低，影響使用壽命。另外，自動配電開關(guān)有個合閘延時時間，故障時在并聯(lián)組數(shù)較多的線路，最末級完成合閘的時間達(dá)幾十分鐘，合閘時間明顯大于故障判斷時間，影響供電的連續(xù)性。此外，自動配電開關(guān)不具備計數(shù)功能，只靠一次合閘時間來判別。相比之下，電流控制式采用的設(shè)備沒有這些缺陷，比電壓控制模式更為簡單。

4.配電網(wǎng)自動化的要求

配電網(wǎng)自動化是以實時方式就地或遠(yuǎn)方對配電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、控制、調(diào)節(jié)和事故處理的技術(shù)，其目的在于保證配電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行發(fā)送電壓質(zhì)量降低電能損耗、快速處理、提高供電可靠性。它應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面的要求：

(1)通過實時監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測每條線路上的負(fù)荷運行情況，及時發(fā)現(xiàn)不安全因素，消除事故隱患，使配電網(wǎng)安全運行。

(2)通過系統(tǒng)監(jiān)測功能及時發(fā)現(xiàn)用戶計量表故障，防止竊電，避免用電量損失。

(3)具備可靠的、高速率的通訊。

(4)具備完善的、能識別故障電流的、滿足室外惡劣環(huán)境的故障控制器，以及實現(xiàn)斷路器遠(yuǎn)方操作。

(5)能通過系統(tǒng)監(jiān)測功能及時計算線路線損，使線路能在最佳的經(jīng)濟狀態(tài)下運行。

(6)系統(tǒng)的電量控制和功率控制可促進(jìn)電費回收。

(7)配電網(wǎng)自動化的主站系統(tǒng)應(yīng)具有擴充性和開放性功能，主站軟件功能完善，硬件上有足夠的處理速度和裕度。

5.配電網(wǎng)自動化模式方案

5.1.變電站主斷路器與饋線斷路器配合方案由變電站出線保護開關(guān)和饋線開關(guān)相配合，并由兩個電源形成環(huán)網(wǎng)供電方案。也就是說優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，推行配電網(wǎng)“手拉手”，變電站出線保護開關(guān)具有多次重合功能，重合命令由微機控制，線路開關(guān)具有自動操作和遙控操作功能，開關(guān)具有自動操作和遙控操作功能，遠(yuǎn)動裝置，事故信息、監(jiān)控系統(tǒng)由微機一次完成。設(shè)備與線路故障由主站系統(tǒng)判斷，確認(rèn)故障范圍后，發(fā)令使故障段開關(guān)斷開。

5.2.自動重合器方案

此方案是將兩電源連接的環(huán)網(wǎng)分成有限段數(shù)，每段線路由相鄰的兩側(cè)重合器作保護。故障時，由上一級重合器開斷故障，盡可能避免由變電站斷路器進(jìn)行分合。當(dāng)任一段故障時，應(yīng)使故障段兩端重合器分?jǐn)?，對故障進(jìn)行隔離，線路分支線故障由重合器與分?jǐn)嗥鲃幼鞔螖?shù)相配合來切除。

5.3.自動重合分段器方案

每段事故由自動重合分段器根據(jù)關(guān)合故障時間來判斷。此方案在時間設(shè)置上，應(yīng)保證變電站內(nèi)斷路器跳開后，線路斷路器再延時斷開。然后站內(nèi)斷路器進(jìn)行重合，保證從電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)送電，當(dāng)再次合上故障點時，站內(nèi)斷路器再次跳開，同時故障點兩側(cè)線路斷路器將故障段鎖定斷開，確保再次送電成功。

5.4.饋線自動化模式

(1)就地控制模式，即利用重合器加分?jǐn)嗥鞯姆绞綄崿F(xiàn)。(2)計算機集中監(jiān)控模式，即設(shè)立控制中心，饋線上各個自動終端采集的信息通過一定的通信通道遠(yuǎn)傳回主站。在有故障的情況下,由主站根據(jù)采集的故障信息進(jìn)行分析判斷,切除故障段并實施恢復(fù)供電的方案。(3)就地與遠(yuǎn)方監(jiān)控混合模式,采用斷路器(重合器)，智能型負(fù)荷開關(guān)，并且各自動化開關(guān)具有遠(yuǎn)方通信能力。這種方案可以及時、準(zhǔn)確地切除故障,恢復(fù)非故障段供電，同時還可以接受遠(yuǎn)方監(jiān)控，配電網(wǎng)高度可以積極參與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整和非正常方式下的集中控制。

結(jié)束語。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化是當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)的熱點，無論是大型、中小型城市都是把配電網(wǎng)建設(shè)改造及自動化的實施列為工作重點，投入大量的資金和人力物力，其目的都是為了擴大供電范圍，增強供電能力，提高供電可靠性，優(yōu)化電力服務(wù)。因此加快配電網(wǎng)自動化的建設(shè)與應(yīng)用，是提高配電網(wǎng)供電可靠性的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

[1]董霞威.配電網(wǎng)自動化中饋線自動化的實現(xiàn)及分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003年05期.

[2]馬軍.配網(wǎng)自動化相關(guān)技術(shù)的研究[D].西安理工大學(xué)，2004年.